智能控制工程和机械电子工程的结合

蒲小刚

(新疆阿勒泰布尔津县人民医院 新疆阿勒泰 836600)

控制理论是在十八世纪英国技术革命时期提出的，在改良的蒸汽机出现之后，瓦特尝试把离心式非锤调速器的基本控制原理应用在蒸汽机转速控制中，为机械行业的发展做出了新的贡献。在后来的发展中也出现了更加先进的控制分析系统。随着信息化进程的推进，控制技术也实现了在机械电子工程领域中更加广泛的应用，这也推动着机械电子工程朝着更加智能化的方向发展。

一、概念

智能控制工程的英文名为“Intelligent engineering”，它主要是指创造各种形式的智能系统，包含计算机、信息技术等多个理论，具有整体性、实用性、多样性等特点。智能控制工程通过将计算机技术和人工智能技术相结合，对工程中既定的工作流程进行智能化的模拟和全方位的控制，进而通过机器人模仿人工操作的方式完成整个工作流程。目前，各种各样的科学技术层出不穷，被应用到机械电子工程中，不断提升整体的运行效率。机械电子工程的英文名为“Mechatronic engineering”它是指多种技术集于一体，减少人工操作，降低工作人员的工作强度，同时提高机械电子设备的运行效率，使整个行业朝着更加智能化的方向前进。在以往的运行模式下，工作人员往往要承担非常多的工作量，在工作中出现一点误差就会发生安全事故，造成十分不利的影响。而机械电子工程可以避免这种情况，采用各种机械设备推动电子技术的发展，通过不同的生产方式可以大幅度提升工作效率，减少各种违规操作现象，实现对各个环节的有效把控。

二、智能控制工程和机械电子工程的结合

（一）鲁棒控制的使用

鲁棒控制的英文名称为“Robust Control”，从实际使用的角度来看，它就是通过设计一个控制操作机来满足一些性能指标的使用。当系统的数学模型存在不确定性的时候，整个控制系统的性能可以保持不变。这里的不确定性主要是指模型的不准确性、随着时间的变化系统参数和特性的变化等[1]。在实际工作中，大多数控制问题都可以转化为图1所示的情况。一般情况下，在机械电子工程中使用该装置需要注意以下几点：首先，工作人员确保选择H ∞的控制理论对鲁棒控制系统进行研究，并在这基础上对其内部的各个结构进行调整，确保整个功能、性能的优化，能够符合工作的正常要求。然后，在上述工作的基础上，还要对鲁棒控制理论内容进行研究，以确保进行定位并控制目标的运行轨迹，使整个电子机械工程能够顺利运行。

目前，鲁棒控制逐渐被应用于机械电子工程中，如汽轮发电机鲁棒控制，其最终目的是要设计一个反馈控制器，从而保证系统内部的运行点同时段的稳定运行。在飞行器方面，鲁棒控制也取得了较好的应用。飞行器的飞行控制姿态问题属于多个变量的非线性控制问题，首先，需要构建模型并推算出没有动力下的飞行器的动力学方程。按照相应的原理采用两环结构的控制方案，分别对应两种系统：慢变和快变。对于快环来说，它的带宽应该是慢环的3到5倍，这是将惯性和气动力矩的不确定性考虑在内的结果。对于慢环来说，指令姿态角、角速度等最终目的都是应用于形成体轴指令角速度。在对操作轨迹进行模拟的时候，往往采用补偿控制算法进行计算，以此来保证滑膜变结构和H ∞。通过计算可知，选择恰当的控制参数，也就是明确不确定的上限和下限就可以完成整个快环的控制率设计，慢环设计也一样。在上述实例中可以看出，鲁棒控制为处理不确定性提供了有效手段，也为控制系统提供了实用的方法。

（二）神经网络控制技术

在这一技术的应用中，智能化控制技术的作用主要体现在对涵盖多种性能的神经元进行全方位的控制。神经网络控制技术主要是为了解决复杂的非线性、不确定性、不确知性，在不确定、不确知的环境中控制问题，从而保证控制系统的稳定性[2]。该技术通过收集并处置神经元的信息，然后向各个子神经元的电子设备反馈整理处理的结果，实现指令的传达。在机械电子工程的实际应用中，神经网络控制技术是一种十分重要的技术。通过将参数调整为统一标准，对设备运行的整体流程进行控制，从而减少人工操作，避免出现工作误差，提升整体工作的精度和安全性。

神经网络控制系统的设计，对于确定性系统和环境来说，首先要设计控制器，校正对象的特性，确保控制系统达到要求的指标。对于不确定性系统和环境，要将神经网络做辨识器，在线识别对象模型，由于网络的学习能力辨识器的参数可以随着对象、环境的变化而进行相应的改变。由神经网络做控制器，其性能随着对象、环境的变化而自动适应改变。以往工作人员在进行数控机床生产的时候，往往由于技术的原因导致切割产品的尺寸不够精确，从而影响生产效率和产品制成率，而将神经网络控制技术应用在机械电子工程中，就能够减少甚至避免数控机床切割工作中出现的不精确性的情况，可提升机械电子工程的生产安全性。

（三）模糊控制工程

机械电子工程的加工流程比较多，步骤也比较复杂，仅利用传统的方法去建立模型的难度比较大。针对这一问题，往往采用模糊控制的方法来处理，模糊控制的作用主要是将问题化繁为简[3]。这两种方法最主要的区别在于，传统方法需要建立一个系统的、清晰的模型，模糊控制工程则不需要对机械工程进行精准化的研究，只需要保证输入量在正常的偏差限度内。两种方法相比较下，后者减少了工作的难度，确保了自动化控制效果，因此得到了广泛应用。目前，模糊控制已经被应用于机器人控制、车辆自动驾驶等方面，大大提升了工作效率。

（四）集成自动控制

集成自动控制是目前比较常见的智能控制技术，它是在信息技术的基础上发展起来的，因此它也涵盖各种技术的优点，能对各种电子设备进行集成化的管理，从而提高机械电子设备的整体运行效率[4]。

（五）预测控制技术

预测控制技术是目前控制工程中的一项关键技术，前瞻性是这项技术最明显的特点。在机械电子设备的运行中，对设备的工作状态进行随时随地的监控，一旦出现问题可以及时处理，并对可能出现的问题进行预测，预先制定应对方案，确保整个机械电子运行的有效性和稳定性[5]。例如，高速压液机在运行过程中要利用预测控制技术，减少运行过程中的压力，并在收集数据的过程中进行模型的构建，通过连续的预测判断设备的承压能力是否符合相应的要求并制定方案，避免出现误差。

综上所述，随着经济的飞速发展，智能化已经被应用于各行各业，尤其是计算机控制工程技术的提升，更加实现了社会生产力的提升。机械电子工程是社会生产的重要技术，将智能控制技术和机械电子工程相结合，可以更好地提升机械电子工程的工作效率，使整个产品和制造过程更加高效。